జీవం యొక్క ప్రాథమిక యూనిట్ – కణం (The Fundamental Unit of Life)

ప్రతి జీవి చిన్న చిన్న ప్రాథమిక ప్రమాణాలతో నిర్మితమై ఉంటుంది. వాటినే కణాలు (Cells) అంటారు. కణాన్ని మొదటిసారి గమనించింది రాబర్ట్ హుక్.

• ఆవిష్కరణ: రాబర్ట్ హుక్ (Robert Hooke) 1665లో తాను తయారు చేసుకున్న సూక్ష్మదర్శినితో కార్క్ ముక్కను పరిశీలించాడు. ఇది యాదృచ్ఛికంగా జరిగిన పరిశీలన.
• కార్క్ (Cork): చెట్టు బెరడు నుంచి వచ్చే పదార్థం. దీని పలుచని ముక్క తేనెపట్టులా చిన్న చిన్న గదులతో కనిపించింది.
• పేరు:
  1. ఆ గదులను హుక్ "సెల్" (cell) అన్నాడు. సెల్ అనేది లాటిన్ పదం
  2. అర్థం "చిన్న గది".
• ప్రాముఖ్యత: జీవులు వేర్వేరు ప్రమాణాలతో నిర్మితమై ఉంటాయని మొదటిసారి తెలిసింది. "సెల్" పదం ఈ రోజు వరకు జీవశాస్త్రంలో వాడుతున్నారు.

ఉల్లిపొర కణాల పరిశీలన (Activity 1.1)

• ఉల్లిపాయ లోపలి వంపు వైపు నుంచి పలుచని పొర (బాహ్యచర్మం – epidermis) తీసి, నీటి గ్లాసులో ఉంచుతారు. ఇలా చేస్తే పొర మడతపడదు, ఎండిపోదు.
• స్లైడ్‌పై నీటి బొట్టు వేసి, పొరను చదునుగా పరిచి, సఫ్రానిన్ (safranin) ద్రావణం బొట్టు వేసి కవర్ స్లిప్ ఉంచుతారు. గాలి బుడగలు రాకుండా మౌంటింగ్ నీడిల్ సాయంతో కవర్ స్లిప్ దించాలి. దీన్ని తాత్కాలిక మౌంట్ (temporary mount) అంటారు.
• ముందు తక్కువ పవర్, తరువాత ఎక్కువ పవర్ లెన్సులతో సంయుక్త సూక్ష్మదర్శిని (compound microscope)లో చూస్తారు.
• ఫలితం:
  1. ఉల్లి కణాలన్నీ ఒకేలా కనిపిస్తాయి, ప్రతి కణంలో కేంద్రకం ఉంటుంది. ఉల్లిపాయ చిన్నదైనా పెద్దదైనా కణాలు ఒకేలా ఉంటాయి
  2. పెద్ద ఉల్లిలో కణాల సంఖ్య ఎక్కువ.
• ఉల్లిపాయ నిర్మాణ ప్రమాణాలు కణాలే. కణాల సమూహమే పెద్ద ఉల్లి గడ్డగా ఏర్పడుతుంది.

సూక్ష్మదర్శిని భాగాలు (Fig. 1.1) ఐపీస్ (Eyepiece), బాడీ ట్యూబ్, కోర్స్ అడ్జస్ట్‌మెంట్, ఫైన్ అడ్జస్ట్‌మెంట్, క్లిప్, ఆర్మ్, ఆబ్జెక్టివ్ లెన్స్, స్టేజ్, కండెన్సర్, స్వివెల్, అద్దం (Mirror), బేస్.

సూక్ష్మదర్శిని, భూతద్దాల ఆవిష్కరణ వల్ల సూక్ష్మ ప్రపంచం తెలిసింది. కణం గురించిన జ్ఞానం అనేక శాస్త్రవేత్తల కృషితో క్రమంగా పెరిగింది. పరీక్షల్లో సంవత్సరం–శాస్త్రవేత్త జతలు తరచు అడుగుతారు.

• రాబర్ట్ హుక్ (1665): కార్క్‌లో కణాలను మొదటిసారి చూశాడు (ప్రాథమిక సూక్ష్మదర్శినితో).
• లీవెన్‌హుక్ (Leeuwenhoek, 1674): మెరుగైన సూక్ష్మదర్శినితో చెరువు నీటిలో స్వేచ్ఛగా జీవించే కణాలను మొదటిసారి కనుగొన్నాడు.
• రాబర్ట్ బ్రౌన్ (Robert Brown, 1831): కణంలో కేంద్రకాన్ని (nucleus) కనుగొన్నాడు.
• పుర్కింజే (Purkinje, 1839): కణంలోని ద్రవ పదార్థానికి "ప్రోటోప్లాజం (protoplasm)" అనే పదాన్ని ఇచ్చాడు.
• కణ సిద్ధాంతం (Cell theory):
  1. మొక్కలు, జంతువులు అన్నీ కణాలతో నిర్మితమై ఉంటాయి
  2. కణమే జీవానికి ప్రాథమిక ప్రమాణం. దీన్ని ష్లీడెన్ (Schleiden, 1838), ష్వాన్ (Schwann, 1839) అనే ఇద్దరు జీవశాస్త్రవేత్తలు ప్రతిపాదించారు.
• విర్కో (Virchow, 1855): కణ సిద్ధాంతాన్ని విస్తరించి, అన్ని కణాలు ముందే ఉన్న కణాల నుంచే పుడతాయని చెప్పాడు.
• ఎలక్ట్రాన్ సూక్ష్మదర్శిని (1940): దీని ఆవిష్కరణతో కణ సంక్లిష్ట నిర్మాణం, కణాంగాలను చూడటం, అర్థం చేసుకోవడం సాధ్యమైంది.

గుర్తుంచుకునే పద్ధతి హుక్ – 1665 – కణం; లీవెన్‌హుక్ – 1674 – స్వేచ్ఛా కణాలు; బ్రౌన్ – 1831 – కేంద్రకం; ష్లీడెన్ 1838, ష్వాన్ 1839 – సిద్ధాంతం; పుర్కింజే 1839 – ప్రోటోప్లాజం; విర్కో 1855 – కణం నుంచే కణం.

కొన్ని జీవులు ఒకే కణంతో జీవిస్తాయి, మరికొన్నింటిలో లక్షల కణాలు ఉంటాయి. కణం ఆకారం, పరిమాణం అది చేసే పనికి తగినట్లు ఉంటాయి.

• ఏకకణ జీవులు (Unicellular organisms): ఒకే కణంతో ఉంటాయి (uni = ఒకటి). ఉదాహరణలు: అమీబా, క్లామిడోమోనాస్, పారామీషియం, బ్యాక్టీరియా. ఒకే కణం అన్ని జీవక్రియలనూ నిర్వహిస్తుంది.
• బహుకణ జీవులు (Multicellular organisms): అనేక కణాలు కలసి ఒకే శరీరంగా ఏర్పడి, వేర్వేరు పనులు చేస్తూ వేర్వేరు శరీర భాగాలు అవుతాయి (multi = అనేక). ఉదాహరణలు: కొన్ని శిలీంధ్రాలు, మొక్కలు, జంతువులు.
• ప్రతి బహుకణ జీవి ఒక్క కణం నుంచి మొదలవుతుంది: కణాలు విభజన చెంది తమ లాంటి కణాలను ఇస్తాయి. అన్ని కణాలు ముందున్న కణాల నుంచే వస్తాయి.
• స్వేచ్ఛగా జీవించే కణాలు: అమీబా వంటి ఒక్క కణమే పూర్తి జీవిగా ఉండొచ్చు.

కణాల ఆకారం – పరిమాణం

• అన్ని కణాల ఆకారం, పరిమాణం ఒకేలా ఉండవు. అవి చేసే నిర్దిష్ట పనిపై ఆధారపడతాయి.
• అమీబా కణం ఆకారం మారుతూ ఉంటుంది. నాడీ కణానికి ప్రత్యేకమైన స్థిర ఆకారం ఉంటుంది.
• మానవ శరీరంలో రకరకాల కణాలు ఉన్నాయి: రక్త కణాలు, నాడీ కణం, నునుపు కండర కణం, ఎముక కణం, కొవ్వు కణం, అండం (ovum), శుక్రకణం (sperm).
• ఒక మొక్క వేర్వేరు భాగాల కణాల్లో తేడాలుంటాయి, కానీ కొన్ని సారూప్యతలూ ఉంటాయి.

శ్రమ విభజన (Division of labour)

• మానవునిలో గుండె రక్తాన్ని పంపుతుంది, జీర్ణాశయం ఆహారాన్ని జీర్ణం చేస్తుంది – ఇలా అవయవాల మధ్య పనుల విభజన ఉంది.
• ఒకే కణంలోనూ ఇలాంటి శ్రమ విభజన ఉంటుంది. కణంలోని నిర్దిష్ట భాగాలను కణాంగాలు (Cell organelles) అంటారు.
• ఒక్కో కణాంగం ఒక్కో ప్రత్యేక పని చేస్తుంది: కొత్త పదార్థం తయారీ, వ్యర్థాల తొలగింపు మొదలైనవి.
• కణాంగాలన్నీ కలిసి కణమనే ప్రాథమిక ప్రమాణాన్ని ఏర్పరుస్తాయి. కణం పనిచేయగలగడానికి కారణం కణాంగాలే.
• కణం చేసే పని ఏదైనా, ఏ జీవిలో ఉన్నా అన్ని కణాల్లో ఉండే కణాంగాలు ఒకటే.

ప్రతి కణంలో ప్రధానంగా మూడు భాగాలు కనిపిస్తాయి: కణత్వచం (Plasma membrane), కేంద్రకం (Nucleus), కణద్రవ్యం (Cytoplasm). కణంలోని చర్యలన్నీ, కణం పరిసరాలతో జరిపే ఇచ్చిపుచ్చుకోవడం ఈ భాగాల వల్లే సాధ్యం.

• కణత్వచం: కణం బయటి అంచు పొర. కణం లోపలి పదార్థాలను బయటి వాతావరణం నుంచి వేరు చేస్తుంది.
• ఎంపిక పారగమ్య త్వచం (Selectively permeable membrane):
  1. కొన్ని పదార్థాలను లోపలికి, బయటికి వెళ్ళనిస్తుంది
  2. మరికొన్నింటిని ఆపుతుంది. అందుకే ఈ పేరు.
• నిర్మాణం:
  1. కణత్వచం వంగే స్వభావం గలది
  2. లిపిడ్లు (lipids), ప్రోటీన్లు (proteins) అనే సేంద్రీయ అణువులతో తయారైంది. దాని నిర్మాణాన్ని ఎలక్ట్రాన్ సూక్ష్మదర్శినితో మాత్రమే చూడగలం.

వ్యాపనం (Diffusion)

• ఒక పదార్థం ఎక్కువ గాఢత ఉన్న ప్రాంతం నుంచి తక్కువ గాఢత ఉన్న ప్రాంతానికి ఆకస్మికంగా కదలడం.
• CO₂ ఉదాహరణ: కణంలో వ్యర్థ CO₂ ఎక్కువగా చేరితే, బయట తక్కువ కాబట్టి అది కణం నుంచి బయటికి వ్యాపిస్తుంది.
• O₂ ఉదాహరణ: కణం లోపల O₂ గాఢత తగ్గినప్పుడు, వ్యాపనం ద్వారా O₂ కణంలోకి ప్రవేశిస్తుంది.
• కణాల మధ్య, కణానికి–పరిసరాలకు మధ్య వాయు వినిమయంలో వ్యాపనానిది ప్రధాన పాత్ర.
• నీరు కూడా వ్యాపన నియమాన్ని పాటిస్తుంది. ఎంపిక పారగమ్య త్వచం ద్వారా నీటి అణువుల కదలికను ద్రవాభిసరణ (Osmosis) అంటారు.

ఇతర రవాణా

• కణం పరిసరాల నుంచి పోషకాలను పొందుతుంది. వేర్వేరు అణువులు కణంలోకి, బయటికి శక్తి ఖర్చయ్యే రవాణా రూపంలో కూడా కదులుతాయి.
• ఎండోసైటోసిస్ (Endocytosis): కణత్వచం వంగే గుణం వల్ల కణం బయటి ఆహారాన్ని, ఇతర పదార్థాలను చుట్టి లోపలికి తీసుకోవడం. అమీబా ఆహారం తీసుకునే విధానం ఇదే.

నీటి అణువులు ఎంపిక పారగమ్య త్వచం ద్వారా కదలడాన్ని ద్రవాభిసరణ (Osmosis) అంటారు. కణంలోకి, బయటికి నీటి కదలిక త్వచం చుట్టూ ఉన్న ద్రావణంలో కరిగిన పదార్థం పరిమాణంపై ఆధారపడుతుంది.

• నిర్వచనం: ఎంపిక పారగమ్య త్వచం ద్వారా నీరు ఎక్కువ ద్రావిత గాఢత (solute concentration) వైపు జరిపే నికర వ్యాపనం. ద్రవాభిసరణ అనేది ఎంపిక పారగమ్య త్వచం ద్వారా జరిగే వ్యాపనం యొక్క ప్రత్యేక సందర్భం.
• హైపోటానిక్ ద్రావణం (Hypotonic): బయటి ద్రావణంలో నీటి గాఢత కణం కంటే ఎక్కువ (అంటే చాలా పలుచన ద్రావణం). నీరు రెండు వైపులా కదులుతుంది, కానీ లోపలికి వచ్చేదే ఎక్కువ. కణం ఉబ్బుతుంది.
• ఐసోటానిక్ ద్రావణం (Isotonic):
  1. బయట నీటి గాఢత కణంతో సమానం. రెండు వైపులా సమానంగా కదులుతుంది కాబట్టి నికర కదలిక ఉండదు
  2. కణం పరిమాణం మారదు.
• హైపర్‌టానిక్ ద్రావణం (Hypertonic):
  1. బయట నీటి గాఢత కణం కంటే తక్కువ (చాలా గాఢ ద్రావణం). లోపలికి వచ్చేదాని కంటే బయటికి పోయే నీరు ఎక్కువ
  2. కణం కుంచించుకుపోతుంది.

ప్రయోగాలు (Activity 1.3, 1.4)

• గుడ్డుతో ద్రవాభిసరణ: పలుచని హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లంలో కరిగించి గుడ్డు పెంకు (ఎక్కువగా కాల్షియం కార్బొనేట్) తొలగిస్తారు. లోపల పలుచని బయటి పొర మిగులుతుంది. స్వచ్ఛమైన నీటిలో ఉంచితే గుడ్డు ఉబ్బుతుంది (నీరు లోపలికి వెళ్తుంది). గాఢ ఉప్పు ద్రావణంలో ఉంచితే కుంచించుకుపోతుంది (నీరు బయటికి వెళ్తుంది).
• ఎండు ద్రాక్ష / ఆప్రికాట్:
  1. నీటిలో ఉంచితే నీరు పీల్చి ఉబ్బుతాయి
  2. గాఢ చక్కెర లేదా ఉప్పు ద్రావణంలో ఉంచితే నీటిని కోల్పోయి కుంచించుకుపోతాయి.
• మంచినీటి ఏకకణ జీవులు, చాలా వృక్ష కణాలు ద్రవాభిసరణ వల్ల నీటిని గ్రహిస్తాయి. మొక్కల వేర్లు నీటిని పీల్చడం ద్రవాభిసరణకు ఉదాహరణ.

బంగాళదుంప కప్పుల ప్రయోగం (అభ్యాసం 9)

• నాలుగు బంగాళదుంప కప్పులను నీటి తొట్టెలో ఉంచుతారు: A – ఖాళీ (నియంత్రణ), B – చెంచా చక్కెర, C – చెంచా ఉప్పు, D – ఉడికించిన బంగాళదుంప కప్పులో చక్కెర.
• రెండు గంటల తర్వాత B, C కప్పుల గుంటల్లో నీరు చేరుతుంది. కారణం: లోపల గాఢత ఎక్కువ కాబట్టి, ద్రవాభిసరణ వల్ల నీరు బంగాళదుంప కణాల ద్వారా గుంటలోకి వెళ్తుంది.
• A లో నీరు చేరదు
• B, C లో నీరు చేరడానికి కారణం చక్కెర/ఉప్పే అని చూపే పోలిక కోసం A అవసరం.
• D (ఉడికించినది)లో నీరు చేరదు, ఎందుకంటే ఉడకబెట్టగా కణాలు చనిపోయాయి
• చనిపోయిన కణాల త్వచం ఎంపిక పారగమ్యత కోల్పోతుంది. జీవించి ఉన్న కణాలే ద్రవాభిసరణ ద్వారా నీటిని గ్రహిస్తాయి.

వృక్ష కణాలకు కణత్వచానికి అదనంగా దృఢమైన బయటి కవచం ఉంటుంది. అదే కణకవచం (Cell wall). ఇది కణత్వచం బయట ఉంటుంది.

• కణకవచం (Cell wall):
  1. ప్రధానంగా సెల్యులోజ్ (cellulose)తో తయారైంది. సెల్యులోజ్ సంక్లిష్ట పదార్థం
  2. మొక్కకు నిర్మాణ బలం ఇస్తుంది.
• ఏ కణాల్లో ఉంటుంది: మొక్కలు, శిలీంధ్రాలు, బ్యాక్టీరియా కణాల్లో.
• ప్రయోజనం:
  1. హైపోటానిక్ (చాలా పలుచని) బయటి ద్రావణంలో కణం నీటిని గ్రహించి ఉబ్బుతుంది, కణకవచానికి వ్యతిరేకంగా ఒత్తిడి పెరుగుతుంది. కవచం అంతే సమాన ఒత్తిడి ఇస్తుంది. అందువల్ల ఈ కణాలు పగిలిపోకుండా తట్టుకుంటాయి
  2. జంతు కణాల కంటే ఎక్కువ మార్పులను భరిస్తాయి.

ప్లాస్మోలైసిస్ (Plasmolysis)

• జీవించి ఉన్న వృక్ష కణం ద్రవాభిసరణ ద్వారా నీటిని కోల్పోయినప్పుడు, కణ పదార్థం కణకవచం నుంచి దూరంగా కుంచించుకుపోతుంది. దీన్నే ప్లాస్మోలైసిస్ అంటారు.
• రియో (Rhoeo) ఆకు ప్రయోగం (Activity 1.6):
  1. ఆకు పొరను నీటిలో మౌంట్ చేసి ఎక్కువ పవర్‌లో చూస్తే చిన్న ఆకుపచ్చ రేణువులు (హరితరేణువులు – chloroplasts) కనిపిస్తాయి
  2. వాటిలో పత్రహరితం (chlorophyll) ఉంటుంది. గాఢ చక్కెర/ఉప్పు ద్రావణం వేస్తే ప్లాస్మోలైసిస్ కనిపిస్తుంది.
• ఆకులను మరుగుతున్న నీటిలో ఉంచి కణాలను చంపి, అదే ప్రయోగం చేస్తే ప్లాస్మోలైసిస్ జరగదు. అంటే సజీవ కణాలే ద్రవాభిసరణ ద్వారా నీటిని కోల్పోతాయి/గ్రహిస్తాయి.

రంజనం (Staining)

• ఉల్లిపొరపై అయోడిన్, సఫ్రానిన్ లేదా మిథిలీన్ బ్లూ ద్రావణాలు వేసి కణాలను రంగు వేస్తారు. రంగు వేయకపోతే నిర్మాణాలు స్పష్టంగా కనిపించవు.
• రసాయన సంఘటనం ప్రకారం కణంలోని వేర్వేరు భాగాలు వేర్వేరు తీవ్రతతో రంగు పీల్చుకుంటాయి కాబట్టి కొన్ని భాగాలు ముదురుగా కనిపిస్తాయి.

చెంప కణాల పరిశీలన (Activity 1.7)

• ఐస్‌క్రీమ్ చెంచాతో చెంప లోపలి ఉపరితలాన్ని సున్నితంగా గీరి, పదార్థాన్ని స్లైడ్‌పై నీటి బొట్టులో పరిచి, మిథిలీన్ బ్లూ వేసి కవర్ స్లిప్ ఉంచుతారు.
• ప్రతి కణం మధ్యలో ముదురు రంగు గుండ్రని లేదా అండాకార బిందువులాంటి నిర్మాణం కనిపిస్తుంది – అదే కేంద్రకం.

కేంద్రకం (Nucleus) కణం యొక్క నియంత్రణ కేంద్రం. చెంప కణాలు, ఉల్లి కణాల్లో ఇది ముదురు రంగు గుండ్రని బిందువులా కనిపిస్తుంది.

• కేంద్రక త్వచం (Nuclear membrane): కేంద్రకానికి రెండు పొరల ఆచ్ఛాదనం ఉంటుంది. ఇందులో రంధ్రాలు (pores) ఉండి, కేంద్రకం లోపలి నుంచి కణద్రవ్యంలోకి పదార్థాలు వెళ్ళడానికి వీలిస్తాయి.
• క్రోమోజోములు (Chromosomes): కణం విభజన చెందబోయే సమయంలో మాత్రమే కడ్డీల్లా కనిపిస్తాయి. ఇవి DNA, ప్రోటీన్లతో తయారవుతాయి.
• DNA (డీఆక్సీరైబో న్యూక్లిక్ ఆమ్లం):
  1. తల్లిదండ్రుల నుంచి తరువాతి తరానికి లక్షణాలు వారసత్వంగా వెళ్ళే సమాచారాన్ని కలిగి ఉంటుంది
  2. కణాలను నిర్మించడానికి, వ్యవస్థీకరించడానికి కావలసిన సమాచారం ఇందులోనే ఉంటుంది.
• జన్యువులు (Genes): DNAలోని క్రియాత్మక భాగాలు.
• క్రొమాటిన్ పదార్థం (Chromatin): విభజన చెందని కణంలో DNA చిక్కుపడిన దారాల్లాంటి క్రొమాటిన్ రూపంలో ఉంటుంది. కణ విభజనకు ముందు క్రొమాటిన్ క్రోమోజోములుగా ఏర్పడుతుంది.

కేంద్రకం విధులు

• కణ ప్రత్యుత్పత్తిలో (ఒక కణం విభజన చెంది రెండు కొత్త కణాలను ఇచ్చే ప్రక్రియ) కేంద్రకానిది కీలక పాత్ర.
• కణ రసాయన చర్యలను నియంత్రించడం ద్వారా, పరిసరాలతో కలిసి, కణం ఎలా అభివృద్ధి చెంది పరిణతి దశలో ఏ రూపంలో ఉండాలో నిర్ణయిస్తుంది.

బ్యాక్టీరియాలో కేంద్రక ప్రాంతం

• కొన్ని జీవుల్లో కేంద్రక త్వచం లేకపోవడం వల్ల కేంద్రక ప్రాంతం స్పష్టంగా ఉండదు. కేవలం న్యూక్లియిక్ ఆమ్లాలు ఉండే ఈ అస్పష్ట ప్రాంతాన్ని న్యూక్లియాయిడ్ (Nucleoid) అంటారు.

కణాలను కేంద్రక త్వచం ఉందా లేదా అన్న ఆధారంగా రెండు రకాలుగా విభజిస్తారు.

• ప్రొకార్యోట్లు (Prokaryotes): pro = ప్రాథమిక, karyon = కేంద్రకం. కేంద్రక త్వచం లేని కణాలున్న జీవులు. వీటికి న్యూక్లియాయిడ్ మాత్రమే ఉంటుంది.
• యూకార్యోట్లు (Eukaryotes): కేంద్రక త్వచం ఉన్న కణాలున్న జీవులు.
• ప్రొకార్యోట్ కణాల్లో చాలా కణద్రవ్య కణాంగాలు ఉండవు. వాటి విధులను కణద్రవ్యంలోని అంతగా వ్యవస్థీకరించని భాగాలే చేస్తాయి.
• కిరణజన్య సంయోగక్రియ చేసే బ్యాక్టీరియాలో పత్రహరితం త్వచ సంచుల (vesicles)తో కలసి ఉంటుంది
• యూకార్యోట్లలోలా ప్లాస్టిడ్లతో కాదు.

పోలిక పట్టిక

• పరిమాణం:
  1. ప్రొకార్యోట్ కణం సాధారణంగా చిన్నది (1–10 μm)
  2. యూకార్యోట్ కణం సాధారణంగా పెద్దది (5–100 μm). 1 μm = 10⁻⁶ మీ.
• కేంద్రక ప్రాంతం:
  1. ప్రొకార్యోట్లో కేంద్రక త్వచం లేక స్పష్టంగా ఉండదు, దాన్ని న్యూక్లియాయిడ్ అంటారు
  2. యూకార్యోట్లో స్పష్టంగా ఉండి, కేంద్రక త్వచంతో చుట్టబడి ఉంటుంది.
• క్రోమోజోము:
  1. ప్రొకార్యోట్లో ఒకటే
  2. యూకార్యోట్లో ఒకటి కంటే ఎక్కువ.
• త్వచ-బద్ధ కణాంగాలు:
  1. ప్రొకార్యోట్లో ఉండవు
  2. యూకార్యోట్లో ఉంటాయి.
• ప్రొకార్యోట్ కణంలో క్రోమోజోమ్ కేవలం న్యూక్లిక్ ఆమ్లంతో ఉంటుంది
• కణాంగాలుగా చాలా చిన్న రైబోజోములు మాత్రమే ఉంటాయి.

త్వచాల ప్రాముఖ్యత

• ప్రతి కణం చుట్టూ త్వచం ఉండి లోపలి పదార్థాలను బయటి వాతావరణం నుంచి వేరు చేస్తుంది.
• పెద్ద, సంక్లిష్ట కణాల్లో (బహుకణ జీవుల కణాలు) రకరకాల రసాయన చర్యలు జరుగుతాయి. అవి కలగలిసిపోకుండా త్వచంతో చుట్టబడిన చిన్న కణాంగాలు వాటిని వేరుగా ఉంచుతాయి. ఇది యూకార్యోట్ కణాల ప్రత్యేకత.
• కణాంగాలు త్వచాలతో చుట్టబడి ఉంటాయి. కొన్ని కణాంగాలను ఎలక్ట్రాన్ సూక్ష్మదర్శినితోనే చూడగలం.
• వైరస్‌ల ఉదాహరణ: వైరస్‌లకు త్వచాలు ఉండవు కాబట్టి అవి జీవ లక్షణాలను చూపవు. అవి సజీవ శరీరంలోకి ప్రవేశించి, ఆ కణ యంత్రాంగాన్ని ఉపయోగించి సంఖ్య పెంచుకున్నప్పుడే జీవ లక్షణాలు చూపుతాయి.

కేంద్రకం కాక, ముఖ్యమైన పనులు చేసే కణాంగాలు ఇవి: ఎండోప్లాస్మిక్ రెటిక్యులం, గాల్జీ క్లిష్టం, లైసోజోములు, మైటోకాండ్రియా, ప్లాస్టిడ్లు. వీటిలో మొదటిది ER.

• నిర్మాణం: త్వచంతో చుట్టబడిన గొట్టాలు, పలకల పెద్ద జాలం (network). పొడవైన నాళికల్లా లేదా గుండ్రని/అండాకార సంచుల (vesicles)లా కనిపిస్తుంది. ER త్వచం కణత్వచం నిర్మాణాన్ని పోలి ఉంటుంది. వివిధ కణాల్లో కనిపించే తీరు మారినా అది ఎప్పుడూ జాలంగానే ఉంటుంది.
• రెండు రకాలు: రఫ్ ER (RER), స్మూత్ ER (SER).
• RER: దీని ఉపరితలంపై రైబోజోములు (ribosomes) అంటుకొని ఉండటం వల్ల సూక్ష్మదర్శినిలో గరుకుగా కనిపిస్తుంది. రైబోజోములు అన్ని క్రియాశీల కణాల్లో ఉంటాయి, ప్రోటీన్ తయారీ స్థలాలు. తయారైన ప్రోటీన్లను అవసరాన్ని బట్టి కణంలోని వేర్వేరు చోట్లకు ER ద్వారా పంపుతారు.
• SER:
  1. కొవ్వు అణువులైన లిపిడ్ల తయారీకి తోడ్పడుతుంది
  2. ఇవి కణ పనితీరుకు ముఖ్యం.

ER విధులు

• ఈ ప్రోటీన్లు, లిపిడ్లలో కొన్ని కణత్వచం నిర్మాణంలో ఉపయోగపడతాయి. దీన్ని త్వచ జీవోత్పత్తి (membrane biogenesis) అంటారు.
• మరికొన్ని ప్రోటీన్లు, లిపిడ్లు ఎంజైములు, హార్మోన్లుగా పనిచేస్తాయి.
• కణద్రవ్యంలోని వేర్వేరు ప్రాంతాల మధ్య, లేదా కణద్రవ్యం–కేంద్రకం మధ్య పదార్థాల (ముఖ్యంగా ప్రోటీన్ల) రవాణాకు మార్గాలుగా పనిచేస్తుంది.
• కణంలో కొన్ని జీవరసాయన చర్యలకు ఉపరితలం ఇచ్చే చట్రంగా (cytoplasmic framework) పనిచేస్తుంది.
• సకశేరుకాల కాలేయ కణాల్లో SER విషాలను, మందులను నిర్విషీకరించడంలో (detoxification) కీలకపాత్ర వహిస్తుంది.
• కణత్వచం ప్రోటీన్లు, లిపిడ్లు తయారయ్యేది ER లోనే (అభ్యాస ప్రశ్న 6).

గాల్జీ క్లిష్టం (Golgi apparatus)ను మొదటగా వర్ణించింది కామిల్లో గాల్జీ. ఇది కణంలోని ఉత్పత్తులను ప్యాక్ చేసి పంపే కేంద్రం లాంటిది.

• నిర్మాణం:
  1. త్వచంతో చుట్టబడిన సంచులు (vesicles – చదునైన సంచులు) దాదాపు సమాంతరంగా దొంతరలుగా అమరి ఉంటాయి
  2. ఈ దొంతరలను సిస్టర్నీ (cisterns) అంటారు.
• ER తో సంబంధం:
  1. ఈ త్వచాలు తరచు ER త్వచాలతో కలుస్తాయి
  2. అందువల్ల ఇది సంక్లిష్ట కణ త్వచ వ్యవస్థలో మరో భాగం.
• విధులు: ER దగ్గర తయారైన పదార్థాలను ప్యాక్ చేసి కణం లోపల, బయట వివిధ లక్ష్యాలకు పంపడం. ఉత్పత్తుల నిల్వ, మార్పు (modification), సంచుల్లో ప్యాకింగ్ చేయడం.
• కొన్ని సందర్భాల్లో సాధారణ చక్కెరల నుంచి సంక్లిష్ట చక్కెరలు తయారవుతాయి.
• లైసోజోముల ఏర్పాటులో కూడా పాల్గొంటుంది.
• గాల్జీ క్లిష్టం లేకపోతే ER లో తయారైన పదార్థాలను నిల్వ చేసి, మార్చి, ప్యాక్ చేసి కణం లోపల–బయట సరైన చోటికి పంపే పని ఆగిపోతుంది
• లైసోజోముల తయారీ కూడా ఆగుతుంది (అభ్యాస ప్రశ్న 4).

కామిల్లో గాల్జీ – జీవిత విశేషాలు

• 1843లో ఇటలీలోని బ్రెషియా దగ్గర కోర్టెనో (Corteno)లో జన్మించాడు. పావియా విశ్వవిద్యాలయంలో వైద్యవిద్య చదివాడు
• 1865లో పట్టా పొందాడు. పావియాలోని సెయింట్ మాటియో ఆసుపత్రిలో పనిచేశాడు
• ఆ సమయంలో అతని పరిశోధనలు ఎక్కువగా నాడీ వ్యవస్థకు సంబంధించినవి.
• 1872లో అబియాటెగ్రాసో (Abbiategrasso)లోని దీర్ఘరోగుల ఆసుపత్రిలో చీఫ్ మెడికల్ ఆఫీసర్ అయ్యాడు
• అక్కడి చిన్న వంటగదిని ప్రయోగశాలగా మార్చి నాడీ వ్యవస్థ పరిశోధన ప్రారంభించాడు.
• అతని అత్యంత ముఖ్యమైన కృషి: ఒక్కొక్క నాడీ కణాన్ని, కణ నిర్మాణాలను రంగు వేసే విప్లవాత్మక పద్ధతి – "నల్ల చర్య (black reaction)". ఇందులో సిల్వర్ నైట్రేట్ పలుచని ద్రావణం వాడతారు. కణ ప్రవర్ధనాలను, సున్నితమైన శాఖలను గుర్తించడానికి ఇది ఎంతో ఉపయోగం.
• 1906లో సాంటియాగో రామోన్ ఇ కహాల్ (Santiago Ramony Cajal) తో కలిసి నాడీ వ్యవస్థ నిర్మాణంపై పరిశోధనకు నోబెల్ బహుమతి పంచుకున్నాడు.

లైసోజోములు (Lysosomes) త్వచంతో చుట్టబడిన సంచులు. వీటి లోపల జీర్ణ ఎంజైములు నిండి ఉంటాయి.

• తయారీ: లైసోజోముల్లోని ఎంజైములను RER తయారు చేస్తుంది. గాల్జీ క్లిష్టం లైసోజోమ్ ఏర్పాటులో పాల్గొంటుంది.
• విధి: కణంలోని వ్యర్థ పదార్థాల నిర్మూలన వ్యవస్థ (waste disposal system). బయటి నుంచి వచ్చిన బ్యాక్టీరియా, ఆహారం వంటి పదార్థాలను, పాత అరిగిపోయిన కణాంగాలను జీర్ణం చేసి కణాన్ని శుభ్రంగా ఉంచుతాయి.
• ఎలా:
  1. వీటిలో సేంద్రీయ పదార్థమంతటినీ విచ్ఛిన్నం చేయగల శక్తివంతమైన జీర్ణ ఎంజైములు ఉంటాయి
  2. సంక్లిష్ట పదార్థాలను సరళ పదార్థాలుగా మారుస్తాయి.
• ఆత్మహత్యా సంచులు (Suicide bags): కణ జీవక్రియలో అంతరాయం ఏర్పడినప్పుడు, ఉదాహరణకు కణం దెబ్బతిన్నప్పుడు, లైసోజోములు పగిలిపోయి ఎంజైములు కణాన్నే జీర్ణం చేస్తాయి. అందుకే లైసోజోములను కణపు ఆత్మహత్యా సంచులు అంటారు.

కణ వ్యవస్థ నాశనమైతే?

• భౌతిక లేదా రసాయన ప్రభావంతో కణ నిర్మాణం (organisation) నాశనమైతే కణం తన విధులను నిర్వర్తించలేక చనిపోతుంది (పాఠ్యాంశ ప్రశ్న).
• కణత్వచం పగిలిపోతే కణం లోపలి పదార్థాలు బయటకు పోతాయి, బయటి పదార్థాలు అదుపు లేకుండా లోపలికి వస్తాయి
• ఎంపిక పారగమ్యత పోయి కణం బతకదు.

మైటోకాండ్రియాను కణ శక్తి కేంద్రం (Powerhouse of the cell) అంటారు.

• నిర్మాణం:
  1. రెండు త్వచ ఆచ్ఛాదనాలు ఉంటాయి. బయటి త్వచం రంధ్రాలు కలిగి ఉంటుంది
  2. లోపలి త్వచం లోతైన మడతలుగా ఉంటుంది. ఈ మడతలు ATP తయారయ్యే రసాయన చర్యలకు ఉపరితల వైశాల్యాన్ని పెంచుతాయి.
• ATP (Adenosine triphosphate): జీవానికి అవసరమైన రసాయన చర్యల శక్తిని మైటోకాండ్రియా ATP అణువుల రూపంలో విడుదల చేస్తుంది. ATP ను కణ శక్తి నాణెం (energy currency of the cell) అంటారు.
• ATP వినియోగం: కొత్త రసాయన సమ్మేళనాల తయారీకి, యాంత్రిక పనికి శరీరం ATP లోని శక్తిని వాడుకుంటుంది.
• ప్రత్యేకత:
  1. మైటోకాండ్రియాకు సొంత DNA, రైబోజోములు ఉంటాయి
  2. కాబట్టి అవి కొన్ని ప్రోటీన్లను తామే తయారు చేసుకోగలవు.
• సొంత జన్యు పదార్థం ఉన్న రెండు కణాంగాలు: మైటోకాండ్రియా, ప్లాస్టిడ్లు.

ప్లాస్టిడ్లు (Plastids) వృక్ష కణాల్లో మాత్రమే ఉంటాయి. జంతు కణాల్లో ఉండవు.

• రకాలు: వర్ణరేణువులు (Chromoplasts – రంగు ప్లాస్టిడ్లు), శ్వేతరేణువులు (Leucoplasts – తెల్లని లేదా రంగులేని ప్లాస్టిడ్లు).
• హరితరేణువులు (Chloroplasts): పత్రహరితం (chlorophyll) ఉండే వర్ణరేణువులు. మొక్కల్లో కిరణజన్య సంయోగక్రియ (photosynthesis)కు ఇవి ముఖ్యం. పత్రహరితంతో పాటు పసుపు లేదా నారింజ వర్ణకాలు కూడా ఉంటాయి.
• శ్వేతరేణువులు: ప్రధానంగా పిండిపదార్థం (starch), నూనెలు, ప్రోటీన్ రేణువులు నిల్వ ఉండే కణాంగాలు. వాటి ప్రాథమిక విధి నిల్వ.
• అంతర్గత నిర్మాణం: హరితరేణువులో అనేక త్వచ పొరలు స్ట్రోమా (stroma) అనే పదార్థంలో అమరి ఉంటాయి. బాహ్య నిర్మాణంలో మైటోకాండ్రియాను పోలి ఉంటాయి.
• మైటోకాండ్రియాలాగే ప్లాస్టిడ్లకు కూడా సొంత DNA, రైబోజోములు ఉంటాయి.

వృక్ష – జంతు కణాల తేడాలు (పాఠ్యాంశ ప్రశ్న 1)

• కణకవచం:
  1. వృక్ష కణాల్లో ఉంటుంది (సెల్యులోజ్)
  2. జంతు కణాల్లో ఉండదు.
• ప్లాస్టిడ్లు:
  1. వృక్ష కణాల్లో ఉంటాయి
  2. జంతు కణాల్లో ఉండవు.
• రిక్తికలు:
  1. వృక్ష కణాల్లో చాలా పెద్దవి (కేంద్ర రిక్తిక)
  2. జంతు కణాల్లో చిన్నవి.
• రెండింటిలోనూ ఉమ్మడిగా కణత్వచం, కేంద్రకం, కణద్రవ్యం, ER, గాల్జీ, మైటోకాండ్రియా ఉంటాయి.

రిక్తికలు (Vacuoles) ఘన లేదా ద్రవ పదార్థాలను నిల్వ చేసే సంచులు.

• పరిమాణం:
  1. జంతు కణాల్లో రిక్తికలు చిన్నవి
  2. వృక్ష కణాల్లో చాలా పెద్దవి. కొన్ని వృక్ష కణాల్లో కేంద్ర రిక్తిక కణ ఘనపరిమాణంలో 50–90% ఆక్రమిస్తుంది.
• వృక్ష కణాల్లో:
  1. రిక్తికలు కణరసం (cell sap)తో నిండి ఉంటాయి
  2. కణానికి స్ఫీతత (turgidity), దృఢత్వం ఇస్తాయి.
• నిల్వ పదార్థాలు:
  1. అమైనో ఆమ్లాలు, చక్కెరలు, వివిధ సేంద్రీయ ఆమ్లాలు, కొన్ని ప్రోటీన్లు వంటి వృక్ష కణ జీవితానికి ముఖ్యమైన పదార్థాలు రిక్తికల్లో నిల్వ ఉంటాయి
  2. వ్యర్థాలు కూడా నిల్వ అవుతాయి.
• ఏకకణ జీవుల్లో: అమీబాలో ఆహార రిక్తిక (food vacuole)లో అది తిన్న ఆహారం ఉంటుంది. కొన్ని ఏకకణ జీవుల్లో ప్రత్యేక రిక్తికలు అధిక నీటిని, కొన్ని వ్యర్థాలను బయటికి పంపడంలో ముఖ్య పాత్ర వహిస్తాయి.

అమీబా ఆహారం పొందే విధానం

• అమీబా ఎండోసైటోసిస్ ద్వారా కణత్వచం వంగి ఆహారాన్ని చుట్టి లోపలికి తీసుకుంటుంది
• అది ఆహార రిక్తికలో ఉంటుంది (అభ్యాస ప్రశ్న 7).

కణ నిర్మాణ సంగ్రహం

• కణం తన త్వచం, కణాంగాల ప్రత్యేక అమరిక వల్లే నిర్మాణం, పని సామర్థ్యం పొందుతుంది. దీనివల్ల శ్వాసక్రియ, పోషణ పొందడం, వ్యర్థాల తొలగింపు, కొత్త ప్రోటీన్ల తయారీ సాధ్యం.
• కాబట్టి కణం జీవుల ప్రాథమిక నిర్మాణ ప్రమాణం, ప్రాథమిక క్రియా ప్రమాణం కూడా.

జీవుల్లో కొత్త కణాలు తయారయ్యే ప్రక్రియను కణ విభజన (Cell division) అంటారు.

• ఎందుకు కొత్త కణాలు: శరీరం పెరగడానికి, పాత, చనిపోయిన, గాయపడిన కణాలను భర్తీ చేయడానికి, ప్రత్యుత్పత్తికి అవసరమైన సంయోగబీజాలు (gametes) ఏర్పడటానికి.
• రెండు ప్రధాన రకాలు: సమ విభజన (Mitosis), క్షయకరణ విభజన (Meiosis).

సమ విభజన (Mitosis)

• పెరుగుదల కోసం చాలా కణాలు విభజన చెందే పద్ధతి.
• మాతృ కణం (mother cell) విభజన చెంది రెండు ఒకేలాంటి పుత్రికా కణాలు (daughter cells) ఏర్పడతాయి.
• పుత్రికా కణాల్లో క్రోమోజోముల సంఖ్య మాతృ కణంలో ఉన్నంతే ఉంటుంది.
• ఇది శరీరంలో పెరుగుదలకు, కణజాలాల మరమ్మతుకు తోడ్పడుతుంది.

క్షయకరణ విభజన (Meiosis)

• జంతువులు, మొక్కల ప్రత్యుత్పత్తి అవయవాల్లోని ప్రత్యేక కణాలు విభజన చెంది సంయోగబీజాలను ఇస్తాయి
• ఫలదీకరణ తర్వాత ఇవి సంతతిగా మారతాయి.
• రెండు వరుస విభజనలు జరుగుతాయి.
• రెండు కాకుండా నాలుగు కొత్త కణాలు ఏర్పడతాయి.
• కొత్త కణాల్లో క్రోమోజోముల సంఖ్య మాతృ కణంలో సగం ఉంటుంది. (ఫలదీకరణలో రెండు సంయోగబీజాలు కలిసి క్రోమోజోముల సంఖ్యను మళ్ళీ పూర్తి చేస్తాయి కాబట్టి ఇది అవసరం.)

అభ్యాస ప్రశ్న సమాధానాలు

• పెరుగుదల, మరమ్మతుకు సమ విభజన
• సంయోగబీజాల ఏర్పాటుకు క్షయకరణ విభజన.
• క్షయకరణంలో ఏర్పడే పుత్రికా కణాల్లో క్రోమోజోములు సగం ఉంటాయి.

అధ్యాయ సారాంశంలో పరీక్షలకు అనువైన వాక్యాలు ఇవి.

• జీవం యొక్క ప్రాథమిక సంస్థాగత ప్రమాణం కణం.
• కణాలు లిపిడ్లు, ప్రోటీన్లతో తయారైన కణత్వచంతో చుట్టబడి ఉంటాయి.
• కణత్వచం కణంలో క్రియాశీల భాగం
• కణం లోపలి క్రమబద్ధ వాతావరణానికి, బయటి వాతావరణానికి మధ్య పదార్థాల కదలికను నియంత్రిస్తుంది.
• వృక్ష కణాల్లో కణత్వచం బయట ప్రధానంగా సెల్యులోజ్‌తో కూడిన కణకవచం ఉంటుంది.
• కణకవచం వల్ల మొక్కలు, శిలీంధ్రాలు, బ్యాక్టీరియా కణాలు హైపోటానిక్ మాధ్యమంలో పగలకుండా ఉంటాయి.
• యూకార్యోట్లలో కేంద్రకం రెండు పొరల త్వచంతో కణద్రవ్యం నుంచి వేరై కణ జీవక్రియలను నిర్దేశిస్తుంది.
• ER కణంలో అంతర్గత రవాణా మార్గంగా, తయారీ ఉపరితలంగా పనిచేస్తుంది.
• గాల్జీ క్లిష్టం త్వచ-బద్ధ సంచుల దొంతరలతో కూడి, కణంలో తయారైన పదార్థాల నిల్వ, మార్పు, ప్యాకింగ్ చేస్తుంది.
• చాలా వృక్ష కణాల్లో ప్లాస్టిడ్లు ఉంటాయి:
  1. వర్ణరేణువులు, శ్వేతరేణువులు. పత్రహరితం ఉన్న వర్ణరేణువులు హరితరేణువులు (కిరణజన్య సంయోగక్రియ)
  2. శ్వేతరేణువుల ప్రాథమిక విధి నిల్వ.
• పరిణత వృక్ష కణాల్లో పెద్ద కేంద్ర రిక్తిక స్ఫీతతను నిలుపుతుంది, ముఖ్య పదార్థాలు, వ్యర్థాలను నిల్వ చేస్తుంది.
• ప్రొకార్యోట్ కణాల్లో త్వచ-బద్ధ కణాంగాలు లేవు, క్రోమోజోములు కేవలం న్యూక్లిక్ ఆమ్లంతో ఉంటాయి, చాలా చిన్న రైబోజోములే కణాంగాలు.
• జీవుల్లో కణ విభజన పెరుగుదల, చనిపోయిన కణాల భర్తీ, సంయోగబీజాల తయారీకి జరుగుతుంది.

అభ్యాస ప్రశ్నల వాస్తవాలు

• ఉల్లిపాయ పరిమాణం – కణాల పరిమాణం:
  1. పెద్ద ఉల్లిలో కణాల సంఖ్య ఎక్కువ
  2. కణాల పరిమాణం ఉల్లి పరిమాణంపై ఆధారపడదు.
• క్రోమోజోముల సంఖ్య: క్షయకరణంలో పుత్రికా కణాల్లో మాతృ కణంలో సగం ఉంటాయి.
• పటంలో వృక్ష కణం భాగాలు: బయట కణకవచం, దాని లోపల కణత్వచం, లోపల కేంద్రకం, కేంద్రకంలో క్రోమోజోములు.
• కణం రెండు ప్రమాణం: నిర్మాణ ప్రమాణం (structural unit), క్రియా ప్రమాణం (functional unit).
• అన్ని కణాల్లోనూ మూడు ప్రధాన లక్షణాలు: కణత్వచం, కేంద్రకం, కణద్రవ్యం.
• కణద్రవ్యం (Cytoplasm):
  1. కణత్వచం లోపలి ద్రవ పదార్థం
  2. ఇందులో అనేక ప్రత్యేక కణాంగాలు ఉంటాయి, చాలా తక్కువ రంగు పీల్చుకుంటుంది.
• ఎలక్ట్రాన్ సూక్ష్మదర్శిని: కణత్వచ నిర్మాణాన్ని, కొన్ని కణాంగాలను చూడటానికి అవసరం.